关键词:
暴雨降水
水汽输送
拉格朗日迹线
水汽源归因法
沿海城市
摘要:
胶东半岛、长三角和珠三角是中国的三个重要的沿海经济区,具有重要的社会经济意义。这三个区域河网密布,水系发达,且受洋流季风影响,易在暴雨条件下发生城市内涝等灾害。本文基于拉格朗日迹线观点,利用水汽源归因法对这三个区域2009-2020年间的暴雨(>50 mm/d)进行溯源分析,以研究这三个区域暴雨的降水来源和演变规律,并选取每个研究区域的单场特大暴雨进行天气尺度的降水输送过程分析,进一步对不同类型的暴雨降水进行归类,分析人工干预暴雨事件的可能性办法,结果表明:
(1)分析多年尺度的暴雨水汽输送过程可得:根据水汽输送路径和海陆关系,将研究区域的暴雨水汽来源划分为太平洋、印度洋和亚欧大陆三个水汽贡献区。胶东半岛地区的主要水汽来源是亚欧大陆,贡献60%的水汽,长三角地区的主要水汽来源是亚欧大陆(47%)和太平洋(40%),三个水汽贡献区对珠三角的水汽贡献占比相当,太平洋、印度洋和亚欧大陆分别贡献38%、37%和25%。对于大暴雨,太平洋区域对胶东半岛、长三角和珠三角地区提供的水汽占比均得到了提升,分别提升了9%、6%和2%。分析影响降水年际波动的指标可得:胶东半岛的水汽波动受亚欧大陆主导,长三角的水汽波动受亚欧大陆和太平洋主导,珠三角地区的水汽波动受印度洋主导。不同月份各水汽贡献区提供的水汽存在差异:6月份到8月份,印度洋贡献的水汽呈递减趋势,而太平洋贡献的水汽呈递增趋势,并且随着研究地区南移至珠三角,太平洋贡献的水汽随月份增加的趋势得到了提前,太平洋在7月份成为水汽贡献占比的最大的水汽贡献区。
(2)分析天气尺度的单次特大暴雨水汽输送过程可得:2020年8月15日胶东半岛特大暴雨,降水前三天内,胶东半岛上空具有较强的空气抬升过程,其中处于胶东半岛上空300-400 h Pa的空气团抬升尤为强烈,在降水发生前24 h内释放了大量的水物质。在降水发生前的12 h内,胶东半岛上空的空气仍以抬升为主,但抬升程度不如24 h之前剧烈,12 h内比湿下降程度减小至5 g·kg-1以内,但仍足以维持降水过程。2012年6月17日长三角地区特大暴雨和2013年8月15日珠三角地区特大暴雨,降水前三天内,两区域上空具有较强的空气抬升过程,这一过程在降水前12 h发生,其中处于区域上空300-500 h Pa之间的空气团尤为强烈,在降水发生前12 h之内释放了大量的水物质。相较于胶东半岛,长三角和珠三角降水高度层的达到水汽饱和的时间更晚,降水前12 h内的抬升更加剧烈。
(3)分析对暴雨水汽输送的防范方法:在胶东半岛,层云降雨场次要多于对流雨,对于长三角和珠三角来说,对流雨场次多于层云降雨;从层云降雨降水量占比方面分析,胶东半岛、长三角和珠三角地区层云降雨降水量分别占比55%、28%和34%,长三角和珠三角由层云降雨提供的水量远小于对流降雨;根据垂直抬升过程,在高于600 h Pa的高度层,胶东半岛、长三角和珠三角在降水发生时较降水前6 h相比的水汽分别增加1.5%、7.2%和6.0%,即胶东半岛的水汽抬升较长三角和珠三角会更早完成。以上结果表明:相较于长三角和珠三角,胶东半岛地区更适宜采用人工消雨等措施,针对胶东半岛,减少西南和东南方向的水汽可以最大程度降低特大暴雨的发生概率,因此,应该加强对这两个方向的气候监测和预警,以减缓暴雨对该地区的不利影响。